多层和高层钢结构房屋抗震设计讲义

多层和高层钢结构房屋抗震设计GB50011抗震设计规范讲座之六[摘要]新抗震设计规范GB50011与89规范相比，不仅有单层钢结构厂房的有关规定，而且增加了多层和高层钢结构房屋抗震设计的规定。从材料特性、房屋高度、结构选型、内力分析和现场装配设计等方面提出了较详尽的要求，以适应我国钢结构日益发展的需要。钢结构的抗震性能优于其他材料的结构，遭遇低烈度地震时一般不受破坏，可基本按非抗震的要求设计；但在美国1994年北岭地震和日本1995年阪神地震中，大量的钢结构房屋破坏，尤其是焊接钢框架结构破坏十分严重，说明高烈度时钢结构仍需要采取一系列抗震措施。我国过去钢材产量有限，钢结构在建筑工程中应用很少。随着钢材产量的增加，国家要求积极发展钢结构。因此，新抗震规范除保留单层钢结构厂房的内容外，参考行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》（以下简称《高钢规程》），纳入了多层与高层钢结构房屋的抗震设计要求，并吸取美日地震后两国相关规范修订的内容，从材料特性、房屋高度、结构选型、内力分析和构造措施方面对钢结构的抗震设计做了明确的规定。与《高钢规程》相比，新国家标准增加了巨型框架体系，适当放宽了高宽比和构件承载力要求，按烈度和房屋高度调整了长细比和宽厚比要求，加强了内力调整和节点的构造。鉴于钢-混凝土混合结构在技术上尚不够成熟，美国在阿拉斯加地震中曾出现倒塌事故而认为只能用于非地震区，日本将其列入特殊结构且需经建筑中心评定和建设省大臣批准，国家标准GB50011暂未列入混合结构的设计内容。6.1钢结构房屋的抗震概念设计钢结构房屋属于装配式结构，其抗震设计不仅要遵守各类结构共同的基本规定外，还要针对钢结构的特点，采取专门的设计手法。主要的抗震概念设计要求是：1．根据建筑结构的规则性、不规则性和特别不规则，采取相应的设计计算方法；不应采用严重不规则的建筑方案（参见讲座之一）。2．具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。通过设置多道抗震防线并考虑重力二阶效应，避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3．整个结构具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力；有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。4．结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，减少结构的扭转地震效应。5．钢框架结构应具有强柱、弱梁、更强节点的性能。6．梁、柱、支撑等结构构件应合理控制长细比和宽厚比，避免局部失稳或整个构件失稳。7．构件节点的破坏，不应先于其连接的构件；结构构件的连接，应能保证结构的整体性。8．选用合适的结构钢材，要求具备必要的塑性、可焊性和冲击韧性。与《高钢规程》相比，新国家标准的主要改进是：泊1能．饺农明确要求钢结摔构房屋应根据熟其设防烈度和骡房屋层数的不哭同，选用不同术的结构类型，殖并采用不同的什内力调整系数烧和不同的抗震帐构造措施。唯2破．汁界调整了规则、俯不规则的划分葬，如凹凸尺寸晴、洞口面积、到偏心率控制改统为扭转位移比委控制等；并进熔一步明确了相亩应的计算要求棚和不规则的上少限，尤其是软趁弱层和竖向构读件不连续的设率计方法。糊3级．增加了结构港在两个主轴方棵向的基本周期男和振型宜相近柜的要求。骂4肠．继续保持结午构钢材应符合参强屈比大于气1.2么、有明显的屈透服台阶、伸长芒率大于锐20%(毛标距摊50mm哥)最要求的同时，颠增加了冲击韧票性的要求；注派意到钢材含硫恐量较高就会出解现焊接裂缝，希引起层状撕裂勤，根据我国钢欢材的实际情况侧，规定厚度不富小于扬40mm茧的厚钢板应满夕足国家标准《男厚度方向性能即钢板》的要求萝。只要是按新巴产品标准《高赤层建筑结构用找钢板》熔YB410抵4司－温2000城生产的钢板，讲已降低了钢板率的硫、磷含量棒和焊接碳当量盗，提高了屈服帮点和冲击功，统可保证厚度满方向性能录Z15阳至步Z35喷级。盏6.2日钢结构的最大刻适用高度和结朋构布置夸钢结构的不同嫌结构体系在各透设防烈度时的隔合理使用高度饺与《高钢规程嗓》大体一致杏,守针对钢结构重丑力较小且抗震识性能较好的特深点，为促进小芳高层钢结构的诵发展，其结构谁布置以饼12搅层为界划分。软1炮适用的最大高轨度竟钢框架体系的蕉经济高度是谈30m皱，取平均层高阶为景3.6m胞,德则为笼110m宁；傻8稀、帝9弃度设防时适用详高度适当减小诚。框架社-拜支撑进(悉剪力墙板利)奉体系是高层钢缴结构的常用体醋系施,胁其剪力墙板可验采用延性好的丹带竖缝墙板、蓝内藏钢支撑混卖凝土墙板和钢夸抗震墙板等。协各类筒体在世筝界一批最高的讽建筑中，如侮443m竟的西尔斯大厦意等应用较多；俱巨形框架可适燃用于有大开间骄要求的高层建遍筑。参照我国素已建框架弦-车支撑结构的高叉度和国外超高铸层建筑的经验拉，国家标准的村适用高度与《柏高钢规程》中牌的规定基本相廉同振(禾表开6.1)嘴。超过最大适更用高度时，需掠按建设部耕50吧号部长令规定亦进行专项审查明。墨表眉6.1绍适用的钢结构蝴房屋最大高度麦(葵m)结结构体系妈6尸、尺7秘度糊8良度逗9雕度鄙框架拍110腿90驰50神框架渴-胜支撑（剪力墙拐板）台220匙200耽140粪筒体（框筒、察筒中筒、桁架季筒、束筒）和澡巨型框架昼300馆200栋180熔2娇适用的最大高油宽比呜高层钢结构的度高宽比，纽约昨世界贸易中心壶的少6.5闲是早期著名腰建筑中高宽比军较大的，超过锤此值的不多。窃国家标准考虑意我国实际情况翁，不同的钢结车构体系均采用里相同的高宽比大限值：屑6折、表7界度取抵6.5,8选度取虏6.0,9纠度取驳5.5民。与《高钢规公程》相比作了扔简化，并有所冶放宽。柿3淘结构布置的一订般规定论国家标准对钢纲结构房屋的结啄构布置规定，垫包括规则性、狐防震缝、结构浴类型、楼盖系唉统、加强层设尺置、地下室和惩基础埋置深度炸等，与《高钢校规程》相比，脸主要有以下改亡进：娱①感对防震缝宽度示，考虑到钢结锹构的刚度低于炕混凝土结构，梨要求不小于同欢样高度混凝土讯结构的疫1.5饿倍。峡②珍按房屋的层数肉和烈度选用合旱适的结构类型专，不超过餐12孟层可选用钢框趴架结构或框架叨-怎支撑结构，际8飞、耽9帮度且超过市12鸭层时，宜选用游偏心支撑等具洽有耗能功能的门框架惠-饱支撑体系或筒淘体结构体系。消③津明确了框架青-制支撑体系中支引撑的选型要求郑和由筒体外伸们臂组成加强层荷的条件。负④减允许不超过龟12厕层的钢结构房紫屋采用装配整奥体式钢筋混凝古土楼板、装配爪式楼板或其它少轻型楼盖，但夺强调了应将楼窝板预埋件与钢六梁焊接，或采吸取其它保证楼夜盖整体性的措释施。居⑤暴要求超过膀12狐层的钢结构房画屋应设置地下吨室，挂12舌层以下不规定徒。当设置地下随室时，要求钢棍框架柱至少伸艳至地下一层，弟框架点-胃支撑秧(梅抗震墙板策)伶结构中沿竖向否连续布置的支甜撑或抗震墙板脾应延伸至基础滔。但对于地下组室时是否采用沉钢骨混凝土结脱构层不作无要求，允许对尤不同情况作不若同处理。莫⑥筝规定天然地基帮的基础埋深不捆宜小于房屋高蜡度的坊1/15串；考虑了某些速软地基的工程厕现实，将桩基尤承台埋深改为术不宜小于房屋遭总高度的缓1/20扯，比《高钢规他程》略有放松咏。细6.3或钢结构的主要拘抗震计算规定①杂②③④⑤⑥邀⑦售规定肯,好构件截面和连盏接的抗震验算挂时粮,制凡本章未规定歇者脖,纽应符合现行有摇关结构设计规厉范的要求。由咏于钢结构的非保抗震设计应符乌合《钢结构设子计规范》，而祥高层钢结构构息件和连接抗震偷设计的很多方匀法都在《高钢游规程》中有规绞定，本章不再现重复，故设计票时应与这两本扬标准同时使用挥。抗震设计时突的地震作用效董应，考虑到它膛的短时间作用分,曲除以小于虏1闹的承载力抗震撑调整系数。第侵5漠章表股葬对钢结构的承原载力抗震调整壮系数作了调整陡，对不同类型默钢结构采用统钢一数值，介于辜89逃抗震规范和《叔高钢规程》规殊定值之间。谈2史结构阻尼比绑勺钢结构在多遇烤地震下的阻尼波比，对超过们12拍层的仍采用温0.02,修不超过择12校层的拟采用大0.35絮。钢结构房屋佳阻尼比司,额实测表明小于查混凝土结构。俘根据迈ISO算规定，低层建面筑阻尼比大于智高层建筑，据报此作了适当规虫定。在罕遇地遥震下的分析，绝仍采用忠0.05测。谢4熟．层间位移角顺限值登加州规范规定抄,缺基本自振周期拜大于悄0.7s而的结构暴,席弹性阶段的位罪移限值为层高蓬的习1抵／火250慈或搅0.03核／筒Rw(Rw踏为结构的延性手指标阅)班。纯框架结构顿Rw切最大可达钱12,誓即限值可为层菠高的肆1夸／罗400井。《高钢规程抽》参考美国规同定采用了上限纠层高的骂1药／债250,呀是因为该规程荡反应谱的地震偶影响系数下限到较高盗,决为了避免钢材旦用量过多，层知间位移角限值枕取了较大值。鱼考虑到长周期蝇建筑的水平地丝震作用在本规氏范中已作了调贝整背,亚有所降低歪,谁第立5宫章运5.5扁节将多、高层畅钢结构弹性层疫间位移角限值霜改为层高的草1骂／季300庙。罕遇地震作易用下层间位移甜限值篮,之在美国释ATC3-0倦6辛中规定为层高田1/67,俗《高钢规程》纸取层高的祥1夺／时70,岂考虑到我国规妥定的小震与罕扰遇地震在溉7根度时相差约谦6忽倍笛,律位移角限值也尊须与此相应相,临该章将弹塑性挂层间位移角限碗值调整为康1喉／缓50凶。符6.3尿完弹塑性位移增尤大系数仪对钢框架和框笋架罚-林支撑结构弹塑麻性位移增大系蚁数劳,坐在大量算例的蔽基础上编制成陶表挖,锐对青10费～倦20叨层规则结构的顾层间位移可查即表得出福,喂简化了弹塑性席位移计算。离4琴节点域剪切形纸的影响横高层钢框架的恩特点疑,鞠是节点域剪切渗变形对框架位角移影响较大笑,速可达嚷10剧～衡20%,数通常不能忽略孤。削杰凤条科1牺款规定工字形符截面柱宜计入亮腹板剪切变形池对框架位移的屠影响寻,总但对箱型柱不惊作规疲定。这是因为佛,牛箱形柱有两个垃腹板舱,教而且每个腹板锁的厚度一般均检较工字形截面汽柱的腹板为厚强,猾其对框架位移胸的影响相对较蓄小。为了适应摔小高层钢结构知住宅的发展，因考虑到层高较盒少时影响不大丛，还规定了对撒不超过胖12项层的建筑可不鸡计入。计算方山法可参见《高解层民用建筑钢坝结构技术规程该》玉,馆此处不再赘述宋。节点域剪切芝变形对框架最-妹支撑体系影响绒较小，研究表谣明可忽略不计宵。爬5算双重体系中钢致框架的剪力分裕担率蓄在多遇地震作朴用下的结构分绳析笔,间规定了双重抗糖侧力体系中框邀架承担的总地凤震力不小于结巾构底部剪力的洁25%,碑是参考了美国梅UBC扬的规定。图UBC杠的原规定是昨:呀”吃框架应设计成挖能独立承担至季少持25%探的底部设计剪潮力他”湿。该规定的目轿的是发挥框架宁部分的二道防益线作用。但是土在设计中在与宜抗侧力构件组课合的情况下左,蒸符合该规定很崭困难。抗震规许范审查组建议洒参照混凝土结伐构的规定采用爸双重标准，将蜘葛条寇2织款改丢为合“钓框架部分按计句算得到的地震喇剪力应乘以调糕整系数，达到换不小于结构底台部总地震剪力肾的俱25指％和框架部分射地震剪力最大擦值丹1.8家倍二者的较小颗者躁”巡。混凝土结构随对双重抗侧力够体系的规定，哪相应为不小于伤地震剪力的聋20%杠和框架部分地悲震剪力最大值嗽的欧1.5锈倍破,晒鉴于钢结构要越求触25%,蹦故规定不大于居地震剪力的旋1.8颂倍。美国设计亡单位的做法普,喝是在进行内力楚分析后侧,钞进行二次分析壶,图此时忽略抗侧陆力构件涝,狼只考虑框架浓,杰检验它是否能惨承受燃25%勒的底部设计剪谅力。据悉这样淹计算时搬,腿符合上述要求晶并不困难。握6善强柱弱梁验算凉。岸熊条今1腿款对强柱弱梁惧要求作了规定但。通常认为，华框架柱屈服后总在地震下出现傲大位移时，柱后可能失去侧向桌抗力，从而导基致结构倒塌。止AISC羡规范指出，这占并不是说框架蚁中不能出现任胞何柱子屈服。烟过去的设计中毙，有很多框架丑柱的塑性铰是举首先出现在柱苦上的套,组事实表明仍能锹发挥承载力。怎而且在设计中忌要完全消岸除纳“异强梁弱龙柱铅”似很难办到。但痛柱出现过多塑寒性铰肯定是很苹不利的。更加扮重要的是，强纷柱弱梁设计使场柱足够强，可剥以做到使若干飘层的框架梁在注大震下出现塑达性铰弄,似达到耗能的目校的。耗能是很蛮重要的，如果尾结构不能有效掏地耗能，将使灰它受到的地震联力增大，十分茂不利。另外，命弱柱框架的性警能一般欠佳皆,她特别是在弹塑条性阶段形成软皂弱层羽,跳成为结构的薄鲜弱环节，所以召柱仍然是保证漆大震不倒的关醋键构件。强柱版弱梁要求满足绵下列条件条:膊饲该条件式与《释高钢规程》中苏采用的基本相滥同，是以塑性懂铰出现在梁端递为前提的，所肤不同的是增加互了强柱系数剪，它大于仍1奸。该式要求，植交汇于节点的金框架柱受弯承静载力之和，应夕大于梁的受弯界承载力之和，暑并乘以系数凡。告AISC粗在赔97贵年以前的规定灭没有系数廉,督我国《高钢规锋程》参照采用笔了。诺斯里奇鹿地震后美国根容据震害情况增柜加了调整系数籍,拘对柱进行了加童强，规范组结莫合我国情况作秀了适当规定。禾对于强柱弱梁删公式，需作一关点说明。根据岔钢结构塑性设悦计的公式千,孩在主平面内受想弯的工字形截支面压弯构件戚,曾其受弯承载力谎应按下式计算酒:嘉该式表明搞,姑以上的强柱弱么梁表达式中拌,雾忽略了系数弓1.15得已使柱具有肯1.15甲倍的安全储备鞠。诺斯里奇地获震后祝,1997柏年发表的美国泳AISC衰钢结构房屋抗尽震设计规定委,聚系数取喉1.1满,浆其中喂是钢材的超强呈系数逝,访即钢材实际屈湖服强度与其标躺准值的比值。阴增大柱内力是哗出于下列考虑狡:旦⑴渡盏在弹性分析时础水平力可能取傻小了蔽;龄⑵铁计算时对倾覆稿力估计过低岂;龟⑶谅未明确规定的石竖向加速度会许同时出现。美搅国钢材超强情判况由来已久识,您并已成为雕1994季年诺斯里奇地鲁震钢框架震害物的原因之一切,壶因为连接的承皇载力没有相应淋提高。卧1994锯年美国型钢生瘦产商研究会羡(后SSPC)镰对型钢产品的叉性能进行了调丢查争,尚提出了用于抗道弯连接计算的谎平均屈服强度机的建议值。据租此班97那年规定的辛对滑A36映钢取匠1.5,客对桂A572相钢取共1.3,宵对其它钢材取朴1.1讲。对常钢材皇A36扇和我A572,忙强柱调整系数郊分别达到奇1.65已和叛1.43奏，是很可观的喉。日本用钢材旱连接系藏数液α铸表示钢材的超借强握,克在沸1998踪年公布的《钢登结构极限状态杀设计指针》中睛,钩对系息数坟α器也进行了调整粥,婚对碑SS400拢取庸α世为回1.25,望对脾SM49搜0蕉、桐SN400旱B崭、衡SN辜400C帮、掉SN490谨B为、和某SN糕490C改取挥α揉为献1.15猫。日本过去用疗的膜α势值对低碳钢取奏1.2,买对高强度低合搜金钢取疾1.3,斗这次调整对低翻碳钢升了附,睛对低合金钢降哪了吐,气反映材料产品访性能的变化。棍由此可见酿,坑该系数的调整寸并非普遍提高免,控而是各国考虑共了各自钢材的乐实际情况进行那了调整。我国赚钢结构规范编蛮制组鞭1998租年对钢材抗力滔分项系数按国惯标伞规定的钢板厚忙度分级重新进扮行了统计址,宅其结果与过去敲采用的钳Q235基钢为众1.087根和贸16Mn底钢为汁1.111跪的强度系数在脏数值上相差不圆多。《高钢规猫程》编制时考介虑与其它国家办的多数规定一罩致文,倒采用了篇1.2,归是偏于安全的慧,战这次不拟修改蓬。剪力计算用馒1.3巩是计入了局部版荷载剪力效应明的近似表达。岁考虑我国情况茧,乐强柱弱梁公式产中的强柱系皇数丘η照取得太大将使只柱钢材用量增针加过多请,薯对我国推广钢割结构不利熟,非故对脏6顿、影7扩度取今1.0,防对斩8维度取齿1.05,絮9肯度取基1.15努。海抗震规范参考搞AISC努－尺97舰的抗震规定，啊结合我国情况躲提出框架柱所悉在楼层的受剪趟承载力比上一筝层的受剪承载绞力高出零25艘％，或柱轴向撤力设计值与柱界全截面面积与再钢材强度设计线值乘积的比值印不大于我0.4,王或有虹当疗通时医,乏可将荷载组合到中的地震作用侦引起的柱轴力中加大一角横倍阴,们使此时的柱轴耐力蛋满足落。遥奉在此情况下可沉不进行强柱弱阶梁验算勺.袍单层房屋和多斩层房屋的顶层表，不需要符合短强柱弱梁，因日为它们在非弹斧性阶段出现软枯弱层没有什么警实际意义。弦7症框架节点域的姥验算欲,额节点域验算包嘉括节点域的稳净定性验算、强弊度验算和屈服槐程度验算。稳上定性验算借鉴咽美国规范的经滥验公式淡,杏即板域厚度不香小于其高度与谢宽度之和的姥1说／多90组。宵源在编制《高钢增规程》时，同匪济大学和哈建被大作过试验，报结果都表明板葱域稳定按厚度尘不小于高、宽辛度之和的权1筋／射70予控制较合理。暖考虑两校所作班试验的试件厚迈度偏小猴,屈故高层钢结构刮构仍按美国规交定采用，即不刷小于其高度与深宽度之和的贴1纵／披90匠，但多层钢结座构则取志1/70皇。本规范没有稍对多层下定义张，仅规定地面婶以上小于或等辞于访12缩层的结构，板燥域稳定性应按葛1征／吸70构计算。付番婆节点域的强度首验算竹,挽我们采用了日秘本的表达式会,障是考虑它较简夸单且较直观。刑公式来源参见薯《高钢规程》慧的条文说明，白此处不再赘述臂。节点域厚度埋对钢框架性能摇影响较大吊,障太薄了会使钢河框架的位移增滑大过多饭,旁太厚了会使节停点域不能发挥组耗能作用。因枝此既不能太厚殖也不能太薄。而参考日本的研武究成果金,啊取节点域屈服慕弯矩为梁端屈即服弯矩之和的翅0.7映倍纵,门可使节点域切翠变形对框架位秀移的影响不太雹大渔,岸同时又能满足坐耗能要求。考毯虑到按此规定师计算可能使节份点域普遍加厚芒,直对于广大的烘7壁度地区龄,番适当降低了要丈求镰,叨用速0.6帜代替续0.7点。在强柱弱梁波情况下挑,典节点域首先屈炸服旬,撕然后是梁屈服伶,厌最后是柱屈服术。械顺加消能梁段的承文载力计算挡消能梁段的承四载力应按下式讯计算，主要区德分轴力较小和述较大两种情况逆。当它的轴力翻较小时，受剪行承载力可不计录轴力的影响；凑但当轴力较大赏时，必须计入语轴力的影响。蚀调条对消能梁段缸的受剪承载力抢规定如下们:抬当粉时受拍或，取较小值畏当战时量取0。9夏器谨衣找或姿同，取较小值筝式中，系数甜取枪0.9份。福6.4钓框架梁柱构造鲜规定刚1诵构件长细比和胃板件宽厚比门不同设防烈度惕下的构件长细识比和板件宽厚贩比要求区别对摄待，它们都与馅材料的屈服强减度有关。附城为了方便起见从，以下介绍的秧规定均取屈服系强度为唐时的值。不同蔽屈服强度时的劈值可进行简单戚换算，见规范来中的表注。葱美国对钢框架凯柱的长细比限虹值，抗震设计凑取悼60,义非抗震设计取茶120吼。奸饮条规定明,数对超过催12趁层的钢框架柱偷长细比限值，碑6面、浙7荐、田8变、吩9泽度分别为恨120攻、咬80受、虏60交、疯60斩。对不超过骨12驶层的幕,6谈～砍8页度时不应大于晌120,9园度时不应大于胆100.绞与《高钢规程侮》相比，对低匆烈度区作了适付当放宽重,游并对强12恰层以下放宽要得求。框架柱的衣最大长细比是吸为了保证结构途在计算中未考讲虑的作用力曾,挽特别是大震时挪的竖向地震作阔用下的安全，积是至关重要的苗。抗震规范把警它列为强制性音条款。融应当指出誉,淘框架柱的抗震邻设计还包括应灰满足强柱弱梁轿要求等引,虽在很多情况下穴根据强柱弱梁絮要求验,踢按长细比限值俱确定的柱截面帖可能不够迁,秆特别是对于12脏层以下房屋亩,悬此时必须增大放柱截面袋.挽对抗震钢结构想低碳钢中心支液撑，美国规定跪最大长细比为倡120远，日本规定约顿为竹32踪，两国相差较醒大，与国情有团关。支撑长细虏比越小，它在党反复拉压荷载卷下的承载力降言低越少。抗震姜规范规定在敌6非、碍7渡、版8渔、教9桑度时分别取中是心支撑最大长公细比为劝120贱、康120秆、滚80膜、抽40厉，与《高钢规机程》的规定相浓同。冻框架构件板件曾宽厚比的规定扯,菜考虑了强柱弱着梁的要求，即简塑性铰通常出意现在梁上竿,摆框架柱一般不电出现塑性铰。替因此在强震区龟，梁的板件宽退厚比要求满足疏塑性设计要求喷,粘而柱的规定刚寄可适当放宽，均但当强柱弱梁眯不能保证时，义应适当从严。旨与《高钢规程议》相比，抗震毙规范突出了板笑件宽厚比随烈猾度的变化，特寄别是对低烈度碑时有所放宽。博框架梁的外伸躁翼缘最大宽厚鹰比在粉6沫、唤7雁、劫8虎、声9脏度时现分别取咬11情、母10唯、寻9奖、锤9俭（《高钢规程红》抛6孙度为趋11皆，滔7絮度及以上为荡9刺，）；框架柱追的外伸翼缘最闭大宽厚比在挂6拖、坊7皱、夕8约、公9紧度时拳现分别取揪13寄、未11鞭、食10均、丝9眉（《高钢规程轻》饼7敌度为董11六，早8嘴、促9葵度为妈10片，建议强柱弱助梁不能保证时勿将版11觉和完10矿分别改为馅10缓和晕9灵）；工形框架桥柱腹板最大宽块厚比对不同烈销度均规定为良43端，与《高钢规旅程》规定相同冰，但建议强柱袋弱梁不保证时邀对懂6胞、尖7慈度和馋8锤、掌9姜度分别取合40企和禽36敲；箱型柱壁板致最大宽厚比，驾在塌6腾、莲7性、膀8森、潜9星度时分别规定脱为伶39按、牢37夜、炎35张、坑33奉（《高钢规程晶》驾7货度为脏37新，存8脂、逼9点度为厉33驳）。其余不拟约一一对比。暗支撑板件的宽鬼厚比划,耗根据近年国内凉外的研究成果英作了当调整。连中心支撑外伸所翼缘最大宽厚勇比现规定为罚6蜂、皂7斤、汁8浑、叫9裳度时分别为役9能、茶8旺、姓8搜、映7钉，《高钢规程挺》一律取缘8娃。门6.5澡节点设计巴本章的节点设摸计与《高钢规币程将>上相比浆,火是修改较多的害一部分。一方式面，是因为筛1994盛年北岭地震和骡1995迎年阪神地震使栏焊接钢框架节益点遭受严重破劲坏，破坏的范熄围很广，涉及选到节点设计中陷的很多重要方拐面，需要借鉴恼他们的经验，划采取相应措施史。另一方面，窃是因为传统设佳计方法仅计算炒节点连接在罕尘遇地震下的极竟限承载力，不尖作弹性阶段下愈连接的抗震计字算，且计算方亭法存在不安全晃因素，美、日即等国都是如此椅。我们以前沿寨用国际上的做榨法，多少认为财罕遇地震都能迁经受，小震更赖没有问题了。突现在注意到，封罕遇地震不坏侄的连接按弹性姨阶段的内力设岔计不一定没有杯问题，原因是菌两个阶段的要幅求不同。例如庭，高强度螺栓奉在弹性阶段要慈求磨擦面不滑卵动，而在罕遇猪地震下要求螺筛栓不剪断。焊星缝在弹遍性阶段要求应悲力不大于强度镇设计值，而在博罕遇地震下不价断裂就行。考促虑到在弹性阶柴段高强度螺栓匆出现滑移不符适合钢结构设计知规定，而按以额往规定梁端螺况栓计算方法与熟实际情况相差佣太大，得出的自螺栓数往往太倍少，成为不安渣全因素，故此堪作了修改，现卷分别说明如下有。千1只美、日大震后拒框架梁－柱连批接节点设计的色改进家1)森美、日震害的伞经验和教训悄(为1)未震害情况。瑞1994欲年美国北岭地签震和少1995谦年日本阪神地球震毛,差使钢框架梁始-眨柱连接节点遭鱼受广泛和严重秀破坏馆,圣美国在调查的洲1000年多幢中破坏歼100劫多幢。破坏的议特点是梁下翼解缘裂缝占则80包％～控95还％，上翼缘裂距缝府15盈％～岂20章％；裂缝起源结于焊缝的占驼90阶％～卖99拴％，而且主要湖起源于下翼缘绩焊缝中部，起简源于母材的只矿占蹄1辨％～螺10蜓％；不少裂缝酬向柱子扩展，达严重的将柱裂貌穿；有的向梁泊扩展；有的沿咸连接螺栓线扩让展。检查修复岭费用高，每条申裂缝检查费用杜至少皇800搞～底1000胞美元。美国成掉立了专门机构炭SAC插进行调研究和迫开展试验，发集表了大量文献悟。日本关于破扎坏情况的报导拘没有美国系统灾，有一些梁端氧部断裂，少数拔柱子脆性断裂诸，也发现很多军裂缝起源于下护翼缘焊缝，较滥多的是梁端焊李接孔断裂。主削要涉及梁翼缘脖焊接、腹板用膝螺栓连接的混沈合连接。拒(态2)陶对节点破坏原扒因的分析未〇焊缝金属冲陡击韧性低；龄〇焊缝存在缺令陷，特别是下烦翼缘梁端现场款焊缝中部，因带腹板妨碍焊接黄和检查，出现虚不连续；甜〇梁翼缘端部敏全熔透坡口焊扭的衬板边缘形麻成人工缝，在汇竖向力作用下渗扩大；扰〇梁端焊缝通再过孔边缘出现箱应力集中，引智发裂缝，向平另材扩展；吩〇裂缝主要出篇现在下翼缘，旺是因为梁上翼陶缘有楼板加强险，且上翼缘焊蜂缝无腹板妨碍奴施焊。诸此外，还有一夫些其它原因，辅如美国认为现怒在采用的构造袍，梁端出现三珠轴应力状态，势不能形成塑性锐铰，日本则未顽提出这种看法伏；美国钢材实茧际屈服点过高愉，使连接的实四际承载力偏低肉；节点域较弱裹，影响腹板连乐接承载力的发智挥，导致翼缘撕连接超载，也跪是原因之一。区(怨3)陶两国的构造差包异有.突两国梁讨-骗柱节点构造虽懂大同小异，但虏仍有若干差异存,鬼如：诞〇美国惯常采秀用工字形柱络,弯日本主要采用缸箱形柱；析盗〇美国在梁翼台缘对应位置的要柱加劲肋厚度戏按传递设计内淋力的需要确定栋,古一般为梁翼缘合厚度之半松,轻并认为节点域慢弱一点，有利训于调整地震内洒力；而日本取分梁翼缘厚度加肉一个等级溪,算认为在这里多恒用一点钢材是翅值得的。解〇两国梁端腹块板焊缝通过孔娘形状不同，它扎与焊接是否方文便以哨及受力性能有龄一定关系。轧〇美国对梁腹会板与连接板的清连接的抗剪用型焊缝加强妙,壁日本规定腹板哨螺栓不少于芹2饲～盆3昏列，用增加螺基栓数量来加强武；以上构造差屿异特别是前洗3贩项，与破坏情首况有明显关系朱。计(啊4)膏美、日的改进遇措施简震后，在节点蒸构造方面，日驻本对改进了梁线端的焊缝通过页孔构造，以便幕减小应力集中默和破坏，在非1996横年就发表了新描工法。美国作咽了试验研究，夫认为现行节点拢构造大震时不泄能在梁端出现渠塑性铰，采取下了将塑性铰外新移的措施。作预推荐的典型构呜造是将梁翼缘急局部削弱的所浓谓骨式连接（焦dog-bo肿ne蛮）。这种连接盲是台湾早此时历侯提出的，现而在台湾也采用汪。沉图究嗓美国的骨式连蔬接茶在消除梁下翼斯缘焊缝焊接衬婚板边缘的人工维缝方面，两国魔都很驼重视。日本规泽定了衬板在不衔同情况下的形箩式和焊接要求邀。美国对下翼锡缘采用焊后切薯除衬板，清根捆补作焊根的方忌法，认为这样卸还可消除焊缝惯缺陷。为了节很省费用，对上苏翼缘焊缝采取盯保留衬板焊接犯边缘的方法。熔对节点域，美写国提出了加强赚的想法。府(皂5)爷我国采取的对延策其〇抗震规范炊案条备2店款规定先,宴梁翼缘与柱翼秒缘间的全熔透粪焊缝政,目“匪8挺度乙类焊缝和查9销度时贿,冠应检验含V侄形切口的冲击总韧性令,题其恰帕冲击值欣在摄-20医℃份时不低于鸦27J芒”傲。北岭地震后条，美国研究发坚现，框架节点论破坏的首要因蒸素是关键部位贱焊缝的冲击韧展性太低，并规笋定应改用优质惊焊条，使焊缝宫的冲击韧性不唉低于－表29坦℃债时软27J斥。考虑到我国钟在高层钢结构林施工中，过去本没有要求过检妙验焊缝冲击韧覆性。若要求关图键部位焊缝普窗遍符合上述规头定，在我国目军前情况下设计圾施工人员都难槐以接受，故仅露要求在高烈度飞和重要结构的怖上述情况下执辣行。至于由－魔29览℃糖改为－训20刘℃活，是因为我国顽钢材标准规定粱检验－饶20绸℃遇和－颠40念℃版下的冲击韧性艳，与美国规定涉相比较虽降低蝶了要求，但符瞒合我国习惯。强〇在构造改进趋方面，总体上奉参考了日本的轻规定，一般情拘况不采用将塑拾性铰外移的方蛛法。这是因为奶，我国高层建良筑钢结构初期币由日本设计的批较多稀,早《高钢规程》籍规定的节点构杯造基本上是参凳考日本规定紫,帝表现在夜:笼普遍采用箱形席柱犯;璃梁翼缘处的柱慨加劲肋与梁翼酬缘等厚费,匪梁端用的扇形赖切角形式都是蠢按日本规定采身用的迫等等。套○庭结合我国国情享，队坛条督3薪款规定经:脖柱在梁对应位挑置应设置横向览加劲肋活,倡且加劲肋厚度谱不应小于梁翼计缘厚度邀.浅与《高钢规程侧》规定相比，皂将与梁翼缘等袋厚改为不小于般梁翼缘厚度，镜是考虑到它的守重要性。全○诸穗条籍3赤款规定狗:丛”客当梁翼缘的塑普性截面模量小搏于梁全卧钟截面塑性截面证模量的受70%狭时乳,剧梁腹板与柱的草连接螺栓不得跃少于二列兰;监当计算仅需一肾列时个,右应布置二列调,鲁且此时螺栓总勉数不得少于计较算数的督1.5丘倍开”裹。该规定综合振参考美国和日首本的规定采用铸。我国《高钢搜规程》缺少类粗似规定，使梁挖－柱混合连接财的腹板螺栓数尘量偏少，这是叛抗震规范作出废的改进。现除芹采取了上述规圾定外，还补充未规定了腹板抗傻剪连接不得小薪于腹板的屈服林受剪承载力，圣即此时要求且电焊缝通过孔的李改进，主要参建考了日本佣96畅年公布的《钢联结构工程技术帽指奏针届─喂工场制作篇》照中的皮"蹦新技术和新工抛法同"馋，选取了一种音开口较小的构盘造参(例详见图权竞1)卖。绘○讯婆条炒5脑款列入了梁护-怪柱刚性连接也蝶可采用带悬臂屑梁段淹,瞎悬臂梁段的翼盖缘和腹板与柱轮应预先分别用谷全熔透焊缝和同角焊缝连接垒,糟梁的现场拼接宾可采用翼缘焊呈接腹板栓接帅(耽图咸我2(a))汗或全部垄螺栓连接另(剥b)铁。这种连接方幼式，日本应用信较多，国内在招多项工程应用作过，研究表明企，肯有较好的唇抗震性能。练○呈考虑到美国和答台湾采用的骨四式连接榆(角图梯)派虽然抗震性能悉较好，能实现蒜塑性铰外移，僵但要求多用钢神材，根据我国勒国情提,嫌该款规定在屋8举度略Ⅲ丰、府Ⅳ众类场地和买9恨度时采用。颠○挺为了消除梁翼偶缘焊缝焊接衬钻板边缘缺口效瑞应的危害潮,近根据我国情况厉,跨上翼缘因有楼气板加强溜,曲震害较少项,慧不作处理；仅枯规定对梁下翼挪缘焊接衬板边访缘施焊（图伤普1株）妖.包梁唯-阳柱连接的弹性役阶段抗震设计著1)萌问题的提出茫钢结构节点的戒抗震设计立,兽国际上在规范丢中提出的方法扩是只作大震时架的设计答,音保证在构件出颈现塑性铰时连待接不破坏予,刑未列入弹性阶肿段设计。此外长，为了简化计柿算，梁－柱连蛛接的抗震设计印采用弯矩由翼品缘承受和剪力广由腹板承受的妙所谓常用设计组法，按梁端出歪现塑铰时的弯骗矩和剪力设计储。这种做法隐劝藏的问题，一闸是不作连接弹吩性设计会引起猾弹性阶段连接带承载力不足，立不符合弹性阶垄段的设计要求误，出现螺栓连论接滑移等问题策。另一是腹板赖连接仅承受剪搅力不承受弯矩译，与实际情况深不符，使腹板开连接太弱，连愁接螺栓太少，过将导致严重不精安全。系8.梢2.8久条规定了鲜”卖钢构件连接应谢按地震组合内贴力进行弹性设厉计限,猾并应极限承载环力计算促”涝,突即首先要进行睡弹性设计然.律并在该条芹3窗款冶作出了具体规烦定。这样从几践方面下手已,吊将从根本上解镰决了梁－柱连倚接较弱的问题伶，也是对美、陈日大震后加强惹节点的回应。辨8.财2.3渗角焊缝和高强占度螺栓的极限缠承载力视1)储角焊缝的抗剪睁强度五,念根据国内外的雁试验助,待都大于母材的桂抗剪强度。掏1998糠年日本发表的也《钢结构极限浊状态设计指针请》采用了在设落计中取角焊缝是的强度不大于配母材抗剪强度专的规定纺,锐这与我国《高思钢规程》中过均去参考日本的唱做法采用的规炸定相同。送赠日本对角焊缝瓜连接的最大承纪载力断,帝根据试验结果拆用统计方法得列出了下列计算幻公式迎:菜杂抵正面角焊缝华诉啄蚊愧侧面角焊缝喂工堂式中多,渔为被连接构件纤母材的抗拉强喘度腾,然为角焊缝的有霉效截面。该《雹指针》还给出黎了其它作者用滑不同方法得出炉的公式。如日梦本仲、加藤、个森田等用应力开函数进行应力摘分析得出了下稀列承载力公式衣:赶哲凑功兰A.宇G.Kamt桥ekar惑假定焊脚应力险状态为平均应苗力伸,阀由平衡条件导萍出下列承载力秒公式垒:回面还辽详以上公式中帐的造Σ在Aw鉴包含正面焊缝揪和侧面焊缝的冬有效截面。可童见不同来源得播出的计算公式懂是接近的。施免斜角焊缝的最是大承载力届于捆正面焊缝与侧穴面焊缝承载力存之间侍,板《指针》提出阔了下列计算公驴式圣:冶右贯钢取粒绞参考日本的上落述规定盘,替规程中取角焊弟缝的最大受剪名承载力为连昏队轿技对于正面焊缝脆,辩考虑到承载力村提高幅度较大话,罚予以单列墨,贿根据我国《钢岭结构设计规范望》吧GBJ17坑的规定需,茫承载力乘增大帮系数欢1.22店。馋2)逼高强度螺栓极猛限受剪承载力微散一个高强螺栓字的极限受剪承钉载力夺,敬根据哈建大的婶试验研究盼,民其最小值为极留限受拉承载力胃的加0.59西倍隙,泰日本在条1998酬年的《钢结构炮极限状态设计旗指针》中公布喝的试验结果与矩此完全相同。欧当高强螺栓位喝于板叠中攻,预即在螺栓连接唯中时救,两日本得出的螺议栓极限受剪承泉载力为喂,多式中馒,畏、洁分别为连接中患的剪切面数和堤螺栓数虏,苍为螺栓螺纹处稻的净截面面积秒,悼为螺栓钢材的智抗拉强度。据艇此黎,仗日本取一个高身强螺栓的极限饲受剪承载力为故氏蛋都式中磁,虹为螺栓杆的截症面面积。日本兔对在该式中采合用螺栓杆截面聋面积而不是螺集纹处的净截面奇面积的解释是授:吐高强螺自身的复强度很高钩,聋螺栓剪切破坏艺只有在连接构萍件的板厚相当但大时才有可能厚。考虑到螺纹乡的长度和板叠渠厚度的关系怕,姻连接的剪切面桶位于螺纹处的翅很少。设计上验可取高强螺栓芦的剪节破坏出沸现在螺杆上。丝哗一个高强螺栓惯的屈服承载力痕,查日本根据试验扎结果按下式计支算居:赞柴高壤我国《高钢规袋程》编制时覆,燃根据当时得到葡的参考文献出,片将该式作为螺寒栓受剪时的极时限受剪承载力谜公式村,性现在应以日本约1998狸年版《指针》梳的最新解释为塔准毒,谋需作更正。根扑据哈建大的试拒验研究结果，烧租条痒6雪款取一个高强挨螺栓的受剪承岁载力为谱迷万众式中滤,塌为螺栓螺纹处晋的净截面面积冠。沸规范用于检验承的螺栓连接最清大受剪承载力盈,毅应取螺栓受剪纠和钢板承压二趋者中之较小值活。列6.6似中心支撑设计唱支撑框架在两监个方向的布置例宜基本对称赖,架支撑框架之间遇楼盖的长宽比路不宜大于脖3,疯它指导支撑合拖理布置帐,变使它的抗侧力苹作用能较好地涌发挥。孕该条还规定不料超过剧12歪层的钢结构宜喊采用中心支撑摔，因为此时地摊震作用一般不运大，中心支撑耳较简单。当设控置门窗要求较旅大孔口时，可借采用人字支撑己。混中心支撑的轴辛线应交汇于梁踏柱构件轴线的灿交点。偏离交率点不超过支撑冬杆件宽度时，察仍可视为中心橡支撑，但此时泡连接应计入由爷此产生的附加价弯矩。中心支妖撑的计算图形厕是两端铰接，心但在多层和高眼层建筑中在构傍造上一般作成隶刚接。中心支巡撑的抗震计算窑，应考虑在循哭环荷载下承载肿力的降低林,谣采用与长细比秧有关的虚强度降低系数借,册与《高钢规程接》规定的方法裂相同。箩2者人字支撑的斜日杆受压屈曲后定承载力急剧降卷低尖,沫在支撑与横梁典连接处将出现饼不平衡力。规错范规定，此不飞平衡力可取受浇拉支撑的竖向肌分量减去受压剥支撑屈曲压力摸竖向分量的夏30绞％，这是参考涌美国有关规定宜采用的。人字嗓支撑在受压斜魔杆屈曲时楼板淡要下陷，慨V距形支撑斜杆屈胃曲时楼板要向狮上隆起，为了乔防止这种情况荣出现搞,则横梁设计很重饰要。横梁设计眯除应考虑设计咽内力外，还应腹按中间无支座之的简支梁验算胳在上述不平衡凭力及楼面荷载祸作用下的承载绩力。在弹塑性仿阶段梁端将出慢现塑性铰，斜聋杆屈曲后中间安支座将失去支滴承作用。人字炎支撑设计时，娘斜杆内力应乘框增大系数腐1.5染。耗3恶估中心支撑的节戒点设计倍新规范规定雅,艇支撑端部至节度点板嵌固点在陶沿支撑杆件方允向的距离必(亡由节点板与框月架件间焊缝的修起点垂直于支病撑杆轴线的直怨线至支撑端部接的距离蕉),您不应小于节点奋板原度的二倍葡(棉图农5),半是参考婆AISC-9予7辅的抗震规定取挑用的。试验表鸟明，这个不大副的间隙允许节阴点板在强震时丙有少许屈曲，葬能显著减少支叮撑连接的破坏遥，有积极作用权。者茎鸟廉揪图雀8.4.3驻乎支撑的抗震连滋接二节6.7葵偏心支撑设计捞偏心支撑具有毫在弹性阶段接败近中心支撑框笑架，弹塑性阶倍段的的延性和茶消能能力接近山延性框架的特田点，是一种良颈好的抗震结构个。按截8政、摧9舰度抗震设防的桂结构宜采用偏云心支撑。成艘条规定斑,瓦偏心支撑框架狗的每根支撑应适至少有一端与匀框架连接数,纲并在支撑与梁拜交点一柱之间晋或同一跨内另冠一支撑与梁交吹点之间形成消扭能梁段。常用即的偏心支撑形底式如图厕悄所示。机偏心支撑的设洲计原则是强柱会、强支撑和弱耐消能梁段，在忧大震时消能梁贱段屈服形成塑誉性铰，支撑斜梁杆、柱和其余挤梁段仍保持弹阴性。消能梁段词以本身的屈服异耗能保证了结夺构其他部分的过安全，起到了旋保险丝的作用驳。与《高钢规嫩程》的规定相币比，本章蜜的偏心支撑框纸架设计计算规迟定，主要参考连AISC器于届97惰年颁布的《钢剩结构房屋抗震值规程》，并根野据我国情况作富了适当调整。薪偏心支撑框架臣设计，首先要造确定构件的布贫置后，然后计缺算构件内力。哨在确定构件内迟力的设计值时丢，要对支撑斜同杆、柱和其余拨梁段的内力进险行调整，以确锻保消能梁段屈押服并进入应变洪硬化阶段后，梢这些构件仍能输保持弹性。例偏心支撑框架姿的侧向刚度，压主要取决于消赌能梁段的长度他与梁长度之比托。随着消能梁派段变短，框架扒刚度变大，并询接近于中心支罚撑框架的刚度拆。随着消能梁肠段的增长，框搅架柔性增加并傍接近于纯刚架遵的刚度。尼1挂偏心支撑框架乱的消能梁段乏设计偏心支撑阿框架，首先要旬确定它的形状禁和消能梁段长领度，后者与其收截面特性有关倚。偏心支撑框匹架形状的选择踢，应使消能梁以段能承受较大撕剪力。为使框供架刚度较大，美通常采用较短盾的消能梁段。枕支撑的夹角，禁为了构造方便己，通常应为喝35县至给50饶度。夹角太小刘了会使支撑内卵力增大，并使创消能梁段产生妻